 |
Расчет параметров одношнекового экструдера
|
|
|
|
При изменении технологических параметров процесса экструдирования - температуры, давления и влажности можно получить продукт с различной пористостью.
Производительность шнекового экструдера определяется условиями протекания процесса в нагнетателе и формующей головке. Работа экструдера характеризуется его расходно-напорной характеристикой [6].
Под расходно-напорной характеристикой (РНХ) нагнетателя понимают зависимость созданного им расхода материала 
от противодавления 
на выходе. Под РНХ формующей головки понимают зависимость расхода материала через отверстия матрицы от давления в камере.
На рис. 8 приведены в качестве примера РНХ шнекового нагнеталеля (рис.8 а,б,в) в зависимости от глубины канала шнека 
, температуры экструдата 
, длины канала 
и частоты вращения шнека 
.
Из графиков можно видеть, что глубина канала влияет на увеличение производительности экструдера при нулевом противодавлении. В тоже время шнек с более глубоким каналом более чувствителен к изменению давления.
Длина шнека не влияет на производительность экструдера при отсутствии противотока, однако с появлением противодавления производительность увеличивается с увеличением длины шнека. Повышение температуры экструдата приводит к повышению чувствительности шнека (рис. 8б). Из рис. 8в) видно, что частота вращения шнека прямо пропорциональна изменении ю производительности.
На рис. 8г показаны совмещенные РНХ нагнетателей и формующей матрицы – кривые 12). Кривизна параболы зависит от величины давления, необходимого на преодоление сопротивления.
Совместная работа нагнетателя и формующей матрицы определяется рабочей точкой (точки А и Б), которые однозначно определяют параметры режима работы экструдера – его производительность 
и давление 
с частотой вращения шнека 
и соответственно производительность 
и давление 
для экструдера, работающего при частоте вращения шнека 
.
|
|
|
Рисунок 8 Расходно-напорные характеристики шнекового экструдера
Исходные данные для выполнения расчета экструдера:
- динамическая вязкость продукта, Па∙с;
- радиусы сечений отверстий матрицы, мм;
- длина канала в матрице, мм;
- угловая скорость вращения шнека, рад/с;
- шаг шнека, мм;
- диаметр внутренней поверхности корпуса, мм;
- угол подъема винтовой линии шнека, град;
- высота шнекового канала, мм.
1.Расходно-напорная характеристика формующей части
, м3/с,
где 
- коэффициент геометрии формующей матрицы.
Для кольцевого отверстия матрицы (рис. 9) 
, м3;
- средний диаметр кольцевого отверстия; 
- ширина кольцевого зазора.
Для конического отверстия матрицы 
.
Для канала произвольного постоянного по длине сечения (рис. 10) 
, где 
- площадь сечения, м2; 
- длина канала, м; 
- периметр сечения, м
, где 
.- максимальный и минимальный размер сечения соответственно, м, 
; 
- характеристика потока, зависящая от формы и размеров сечения [8]
Скорость продукта вдоль винтового канала, м/с
, где - перепад давления, создаваемый экструдером, Па; 
- длина шнекового канала, м.
2.Расходно-напорная характеристика нагнетающей части, м3/с
, где 
- коэффициенты геометрии шнекового нагнетателя, м3.
.
.
, здесь 
мм – ширина шнекового канала.
Перепад давления, создаваемый экструдером
.
Производительность экструдера, м3/с
.
3.Далее необходимо построить совмещенные расходно-напорные характеристики нагнетающего и формующего рабочих органов и провести анализ для выбора пары «нагнетатель-матрица».
По результатам анализа графических зависимостей 
и 
определить величину оптимального перепада давления и соответствующей производительности экструдера.
|
|
|
4.Расчет шнека экструдера [9]
Шаг шнека 
,м; где 
; 
- наружный диаметр шнека, м.
Диаметр вала шнека 
, где 
.
Угол подъема винтовой линии шнека на периферии, град
Угол подъема винтовой линии шнека у вала, град
.
Средний угол подъема винтовой линии 
.
Коэффициент отставания транспортируемого материала
, где 
коэффициент внутреннего трения, 
.
Предельный диаметр вала шнека 
, где 
- коэффициент трения, 
- угол трения.
Диаметр вала шнека должен быть больше 
.
Наибольший изгибающий момент в последнем витке по внутреннему контуру, Нм/м
, где 
- максимальное давление. МПа; 
.
Толщина витка шнека 
, где 
- допускаемое напряжение материала витка шнека при изгибе, Па.
Угловая частота вращения шнека
, где 
-0 плотность прессуемого материала, кг/м3; 
- производительность нагнетателя, кг/с; 
- коэффициент подачи.
Крутящий момент на валу шнека, Нм
, где 
- число витков.
Осевая сила, действующая на вал шнека 
.
Величина напряжений в опасном сечении шнека, Па
, где 
- площадь поперечного сечения вала шнека, м2.
, где 
- полярный момент сопротивления вала шнека..
Эквивалентное напряжение для сплошного вала 
.
Условие прочности вала шнека 
.
Мощность, затрачиваемая на привод шнекового нагнетателя, кВт
, где 
- кпд привода.
5.Выполнить расчет параметров экструдера и шнека по приведенным выше расчетным формулам
6.В графической части выполнить чертежи компоновки одношнекового экструдера и чертеж общего вида корпуса с составлением спецификаций, привести графики РНХ нагнетателя и формующей матрицы.
Варианты заданий к курсовой работе
| Вариант |  , мм
|  , мм
| , мм
| Форма отверстий матрицы | , с-1
| , мм
| , мм
| , град.
| , мм
|
| Кольцевая | 1,4 | 
| 12,5 | ||||||
| Коническая |
| 12,5 | |||||||
| 8,8 | 3,1 | Прямоуг. | 1,1 |
| 12,5 | ||||
| Овальная | 1,2 |
| 12,5 | ||||||
| 7,5 | Эллиптическая | 0.9 |
| 12,5 | |||||
| 4,5 | Кольцевая | 1,4 |
| 12,5 | |||||
| 3,5 | Кольцевая | 1,3 |
| 12,5 | |||||
| 8,5 | 3,4 | Коническая | 1,2 |
| 12,5 | ||||
| 3,2 | Прямоуг | 1,3 |
| 12,5 | |||||
| 7,5 | 3,1 | Овальная | 1,2 |
| 12,5 | ||||
| 8,5 | 3,2 | Овальная | 0.9 |
| 12,5 | ||||
| 8,4 | Прямоуг. | 1.3 |
| 12,5 | |||||
| Кольцевая | 1,3 |
| 15,5 | ||||||
| 8,1 | 3,1 | Коническая | 1,2 |
| 15,5 | ||||
| 8,2 | 3,2 | Коническая | 1,4 | 
| 15,5 | ||||
| 8,3 | 3,3 | Кольцевая | 0,9 |
| 15,5 | ||||
| 8,4 | 3,3 | Прямоуг | 1.0 |
| 15,5 | ||||
| 8,5 | 3,6 | Эллиптическая | 1,0 |
| 15,5 | ||||
| 8,6 | 3,4 | Прямоуг. | 1,1 |
| 15,5 | ||||
| 8,7 | 3,5 | Кольцевая | 1,4 |
| 15,5 | ||||
| 8,8 | 3,6 | Коническая | 1.5 |
| 15,5 | ||||
| 8,9 | 3,5 | Прямоуг. | 1,5 |
| 15,5 | ||||
| 3,5 | Овальная | 1,4 |
| 15,5 | |||||
| 8,5 | 3,7 | Кольцевая | 1,3 |
| 15,5 | ||||
| 3,1 | Коническая | 1,1 |
| 15,5 |
|
|
|
Литература
1.Фатыхов Ю., Канопка Л. Экструзионные технологии пищевых производств. – Вильнюс: Техника, 2007. – с.88.
2.Бурцев А.В. и др. Современная техника и технология термопластичной экструзии в производстве «сухих завтраков». – Краснодар: Экоинвест, 2004. – с.112.
3.Касьянов Г.И. и др. Технология производства сухих завтраков. –Ростов н/Д: Изд. МарТ, 2002. – с.96.
4.Остриков А.Н. и др. Экструзия в пищевой технологии. – С- Пб: ГИОРД, 2004. –с.288.
5. Богатырев А.Н., Юрьев В.И. Термопластичная экструзия6 научные основы, технология, оборудование. – М: Ступень, 1944, -с.200.
6.Азаров Б.М. и др. Технологическое оборудование пищевых производств. – М: Агропромиздат, 1988. -с.463.
7. Видманн В. Новые области применения двухшнековых экструдеров в пищевой промышленности. – М: Инторгпродмаш-86, 1986. – с.60
8.Остриков А.Н. и др. Практикум по курсу технологическое оборудование. – Воронеж: ВГТА1, 1999, - с.424
9. Остриков А.Н. и др. Современное состояние и основные направления совершенствования экструдеров. – М:, Информ.обзор. вып.1, 2004, -с.40.
|
|
|
